影响混凝土耐久性问题的分析.doc

1、影响混凝土耐久性问题的分析摘要：混凝土的耐久性是指混凝土在实际使用条件下抵抗各种破坏因素的作用，长期保持强度和外观完整性的能力。混凝土是目前全国用量最大使用领域最广的建筑材料，提高混凝土耐久性应该作为建筑工程的重点问题。本论文首先讨论了混凝土耐久性的概念，接着分析了混凝土耐久性问题。 关键词：混凝土；耐久性；影响因素 中图分类号：TU37 文献标识码： A 随着我国商品混凝土和高强混凝土的推广应用，混凝土的耐久性和安全性已受到越来越广泛的重视，混凝土耐久性的评价也显得越来越重要。从原料的生产和使用层面上分析影响混凝土耐久性的因素及原因，主要指标如：抗冻性、抗渗性、抗碳化能力、碱骨料反应、钢筋锈

2、蚀等方面进行评价和必要的讨论，有助于我们更新观念，从耐久性的角度评价水泥和混凝土的质量。 1混凝土冻融破坏 混凝土冰冻-融解循环破坏是最常见的破坏作用，以致有时人们用抗冻性来代表混凝土的耐久性。混凝土的抗冻性是指混凝土在水饱和状态下，经受多次冻融循环作用，能保持强度和外观完整性的能力。在寒冷地区，特别是在接触水又受冻的环境下的混凝土，要求具有较高的抗冻性能。 11 破坏原因 混凝土冻融作用破坏机理是混凝土在其冻融的过程中，遭受的破坏应力主要由两部分组成。其一是当混凝土中的毛细孔水在某负温下发生物态变化，由水转变成冰，体积膨胀 9%，因受毛细孔壁约束形成膨胀压力，从而在孔周围的微观结构中产生拉应

3、力；其二是当毛细孔水结成冰时，由凝胶孔中过冷水在混凝土微观结构中迁移和重分布引起的渗管压。由于表面张力的作用，混凝土毛细孔隙中的水的冰点随着孔径的减小而降低。当胶凝孔水形成冰核的温度在-78 以下时，由冰与过冷水的饱和蒸汽压差和过冷水之间的盐分浓度差引起水分迁移而形成渗透压。另外胶凝不断增大，形成更大膨胀压力，当混凝土受冻时，这两种压力会损伤混凝土内部微观结构，当经过反复多次的冻融循环以后，损伤逐步积累不断扩大。发展成互相连通的裂缝，使混凝土的强度逐步降低，最后甚至完全丧失。 12 影响因素 混凝土的密实度、孔隙构造和数量、孔隙的充水程度是决定抗冻性的重要因素。因此，当混凝土采用的原材料质量好

4、、水灰比小、具有封闭细小孔隙（如掺入引气剂的混凝土）及掺入减水剂、防冻剂等其抗冻性都较高。 2混凝土渗透破坏 抗渗性是指混凝土抵抗水、油等液体在压力作用下渗透的性能。它直接影响混凝土的抗冻性和抗侵蚀性。 21 破坏原因 混凝土本质上是一种多孔性材料，混凝土的抗渗性主要与其密度及内部孔隙的大小和构造有关。混凝土内部的互相连通的孔隙和毛细管通路，以及由于在混凝土施工成型时，振捣不实产生的蜂窝、孔洞都会造成混凝土渗水。 22 影响因素 混凝土产生渗透是由于其内部存在贯穿孔隙、毛细管和孔洞、蜂窝等。影响混凝土抗渗性的主要因素是水灰比，水灰比越大，水分越多，蒸发后留下的孔隙越多，其抗渗性越差。提高混凝土

5、抗渗性的措施有降低水灰比、采用减水剂，选用致密、干净、级配良好骨料。 3碱骨料反应 混凝土的碱-集料反应是指混凝土中的碱与集料中活性组分发生的化学反应，引起混凝土的膨胀，开裂，甚至破坏。因反应的因素在混凝土内部，其危害作用往往是不能根冶的，是混凝土工程中的一大隐患。许多国家因碱-集料反应不得不拆除大坝，桥梁，海堤和学校，造成巨大损失，国内工程中也有碱-集料反应损害的类似报道，一些立交桥，铁道轨枕等发生不同程度的膨胀破坏。 31 破坏原因 水泥中的碱与骨料中的活性氧化硅发生化学反应使混凝土产生不均匀膨胀，出现起鼓、裂缝等。目前已确定含有活性氧化硅矿物质的骨料有蛋白石、玉髓、鳞石英、方石英、酸性或

6、中性玻璃体的阴晶质火山岩如流纹岩、安山岩及凝灰岩等。其中蛋白石质的二氧化硅活性最大。混凝土碱-集料反应需具备三个条件，即有相当数量的碱，相应的活性集料，水份。反应通常有三种类型：碱-硅酸反应，碱-碳酸盐反应，慢膨胀型碱-硅酸盐反应。 32 影响因素 混凝土工程发生碱骨料反应需要具有三个条件。首先是混凝土的原材料水泥、混合材、外加剂和水中含碱量高；第二是骨料中有相当数量的活性成分；第三是潮湿环境，有充分的水分或湿空气供应。 4混凝土的碳化 混凝土的碳化作用是二氧化碳与水泥石中的氢氧化钙作用，生成碳酸钙和水。碳化过程是二氧化碳由表及里向混凝土内部逐渐扩散的过程。因此，气体扩散规律决定了碳化速度的快

7、慢。碳化引起水泥石化学组成及组织结构的变化，从而对混凝土的化学性能和物理力学性能有明显的影响，主要是对碱度、强度和收缩的影响。 41 破坏原因 混凝土是一个多孔体，其内部存在着大小不同的毛细管、孔隙、气泡，甚至缺陷。混凝土碳化的机理就是大气中的二氧化碳与混凝土中的碱性物质，在气相、液相和固相中进行的一个十分复杂的多相物理化学连续过程。以普通硅酸盐水泥为例，其主要水化产物有：水化硅酸钙（占 60%以上） ，氢氧化钙（约占 25%） ，水化铝酸钙，水化硫铝酸钙等。在水泥水化过程中，由于化学收缩、自由水蒸发等原因，使水泥石成为一个含有固相、液相和气孔的非均质体。环境中二氧化碳气体首先渗透到混凝土内部

8、充满空气的孔隙和毛细管，其次溶解于孔隙内的液相并生成碳酸，然后与水泥石中各水化产物发生碳化反应。水泥石中各水化产物稳定存在 pH 值，当混凝土细孔溶液的 pH 值低于的临界数值时，该物质就开始进行分解，在水化物中的氢氧化钙首先与酸性物质反应。 42 影响因素 混凝土的碳化是伴随着 CO2 气体向混凝土内部扩散，溶解于混凝土孔隙内的水，再与水化产物发生碳化反应这样一个复杂的物理化学过程。所以，混凝土的碳化速度取决于 CO2 的扩散速度及 CO2 与混凝土成分的反应性。而 CO2 的扩散速度又受混凝土本身的组织密实性、CO2 的浓度、环境温度、试件的含水率等因素影响，所以碳化反应受混凝土内孔溶液的

9、组成、水化产物的形态等因素的影响。 421 内部因素：水泥用量、水泥品种、水灰比、混凝土抗压强度、集料品种和级配、施工质量及养护方法对碳化的影响 422 外部因素：光照和温度、相对湿度、CO2 的浓度、氯离子浓度的影响 423 其他因素：不同应力状态对混凝土碳化的影响、裂缝对混凝土碳化的影响。 5钢筋锈蚀 钢筋锈蚀是造成钢筋混凝土耐久性损伤的最主要和最直接因素，钢筋锈蚀主要体现在：其一会使混凝土体积膨胀，产生的膨胀力会使混凝土裂缝、起鼓、剥落，缩短混凝土的使用寿命，直至破坏结构；其二混凝土中水泥水化后，在钢筋表面形成一层致密的钝化膜，因此在正常情况下钢筋不会锈蚀，但钝化膜一旦破坏，在有足够水和

10、氧气条件下会产生电化学腐蚀。 51 破坏原因 钢筋的锈蚀钢筋的锈蚀，其一表现为钢筋在外部介质作用下发生电化反应，逐步生成氢氧化铁等即铁锈，其体积比原金属增大 2-4 倍，造成混凝土顺筋裂缝，从而成为腐蚀介质渗入钢筋的通道，加快结构的损坏。氢氧化铁在强碱溶液中会形成稳定的保护层，阻止钢筋的锈蚀，但碱环境被破坏或减弱，则会造成钢筋的锈蚀，如混凝土的碳化或中性化。造成混凝土碳化和中性化的原因，主要是混凝土的密实度即抗渗性不足，酸性气体渗入混凝土内与氢氧化钙作用；其二，氯离子对钢筋表面钝化膜有特殊的破坏作用，当混凝土中氯含量超过标准时，钢筋会锈蚀，而水和氧的存在是钢筋被腐蚀的必要条件，因此，若混凝土开

11、裂，造成水和氧的通道，则钢筋锈蚀加速，促成混凝土裂缝进一步开展，混凝土保护层剥落，最终使构件失去承载力。 52 影响因素 521 混凝土的保护层厚度及完好程度和混凝土的密实度 ，这三个方面都与侵蚀性介质的侵蚀速度有关，保护层厚度对钢筋锈蚀的影响呈线性关系，因此世界各国规范对保护层厚度都作了规定。 522 混凝土的碳化程度 混凝土的碳化降低了混凝土的碱度，造成 PH 值降低，给钢筋脱钝提供了可能。 523 环境条件 环境对钢筋锈蚀的影响主要有以下几个方面：温度、湿度、二氧化碳的浓度、氧气的浓度以及侵蚀性介质的浓度。对于钢筋混凝土桥梁来说，影响最大的是湿度，当桥梁处在湿度较大的环境下，尤其是水位浮

12、动的桥墩部位和浪溅区，最容易发生锈蚀。 524 氯离子的影响 氯化物是一种很危险的侵蚀介质，但是在我国北方地区，为保证冬季交通畅行，向道路、桥梁及城市立交桥等撒除冰盐，大量使用的氯化钠和氯化钙，使得氯离子渗入混凝土，引起钢筋锈蚀破坏。 6侵蚀性介质的腐蚀 腐蚀反应的场所，首先是材料和腐蚀性介质之间相界面处。在一个腐蚀系统中，对材料行为起决定作用的是化学成分、结构和表面状态。腐蚀过程中如伴有机械应力的作用，将加速腐蚀而出现一系列特殊的腐蚀现象。但单纯的机械负荷（如拉应力、摩擦、磨损、疲劳等）造成的材料损伤，则不属于腐蚀范畴。 61 产生原因 为了确定建筑物不同部位的防护措施，将腐蚀性介质按其形态

13、并结合不同的作用部位分为 5 种：气态介质、腐蚀性水、酸碱盐溶液、固态介质和污染土。各种介质对不同材料的腐蚀程度，可按介质类别、环境相对湿度和作用条件等因素分为强腐蚀性、中等腐蚀性、弱腐蚀性和无腐蚀性共四个等级。 62 影响因素 621 水泥中矿物成分的影响：硫酸盐侵蚀的实质是硫酸根离子与水泥石中的矿物（主要是铝酸盐矿物）发生的物理化学过程，因此水泥的化学成分和矿物组成是影响硫酸盐侵蚀程度和速度的重要因素。 622 混凝土孔隙含量及分布的影响：混凝土的孔隙系统也是一个重要影响因素，致密性好、孔隙含量少且连通孔少的混凝土可以较好地抵抗硫酸盐侵蚀。而混凝土的孔隙率及孔分布又与混凝土各原材料及其配比

14、、混凝土密实成型工艺、养护制度等多种因素有关。如当采用较高的水灰比时，孔隙率大，大孔及连通孔较多，硫酸盐易侵入混凝土内部，造成混凝土破坏. 此外，混凝土所受的荷载及冻融循环、流水冲刷等其他因素也可以通过影响混凝土的孔隙结构从而间接地影响混凝土的硫酸盐侵蚀行为。 623 其他：混凝土的拌合水及集料的选用也有讲究，骨料中含硫酸盐的矿物成分和拌合水中有害离子都有可能加剧硫酸盐侵蚀。 参考文献 1 贺霞,史庆轩,刘元展.混凝土渗透性的影响因素及改善措施.科学技术与工程, 2007 年 10 月,第 7 卷,第 20 期. 2 魏新良.浅谈混凝土结构的耐久性.现代商贸工业，2007，(01). 3 张广义.浅谈钢筋混凝土耐久性的影响因素及对策.科技情报开发与经济，2005，(05).